高中物理6.8生活中的圓周運動教案新人教版必修

1、課 題6.8生活中的圓周運動課 型新授課（2課時）教 學 目 標 知識與技能1. 通過日常生活中的常見例子，學會分析具體問題中的向心力來源。2. 能理解運用勻速圓周運動規(guī)律分析和處理生活中的具體實例。過程與方法1.通過對勻速圓周運動的實例分析，滲透理論聯(lián)系實際的觀點，提高學生分析和解決問題的能力。2. 培養(yǎng)學生的分析能力、綜合能力和推理能力，明確解決實際問題的思路和方法情感態(tài)度與價值觀1.通過對幾個實例的分析，使學生明確具體問題必須具體分析，理解物理與生活的聯(lián)系，學會用合理、科學的方法處理問題2.通過離心運動的應(yīng)用和防止的實例分析使學生明白事物都是一分為二的，要學會用一分為二的觀點來看待問題教

2、學重點、難點教學重點 具體問題中向心力的來源教學難點在具體問題中能找到是誰提供向心力的，并結(jié)合牛頓運動定律求解有關(guān)問題1 / 13教 學 活 動新課導入 復(fù)習提問 師：請同學們回顧并敘述出對于圓周運動你已經(jīng)理解和掌握了哪些基本知識 生：我已經(jīng)理解和掌握了可以用線速度、角速度、轉(zhuǎn)速和周期等來描述做圓周運動物體的運動快慢；知道了圓周運動一定是變速運動，一定具有加速度；掌握了對于圓周運動的有關(guān)問題還必須通過運用牛頓第二定律去認真分析和處理 生：從勻速u圓周運動中總結(jié)出來的基本規(guī)律，通過運用等效的物理思想也可以去處理變速圓周運動的有關(guān)問題 師：剛才幾位同學各自從不同的角度回顧和交流了對圓周運動有關(guān)基本

3、知識和基本規(guī)律的認識而我們知道學以致用是學習的最終目的，本節(jié)課將通過幾個具體實例的探討來深入理解相關(guān)知識點并學會應(yīng)用 新課教學 一、鐵路的彎道 師：(多媒體課件)模擬在平直軌道上勻速行駛的火車，然后投影出課本第56頁的圖681并提出問題： 1火車受幾個力作用? 2這幾個力的關(guān)系如何? 生：火車受到4個力的作用，各為兩對平衡力，即合外力為零 師：對，火車受重力、支持力、牽引力及摩擦力且四個力合力為零，其中重力和支持力的合力為零，牽引力和摩擦力的合力為零 師：過渡；那火車轉(zhuǎn)彎時情況會有何不同呢? 多媒體課件：模擬平直軌道火車轉(zhuǎn)彎情形提出問題： 1轉(zhuǎn)彎與直進有何不同? 2畫出受力示意圖，并結(jié)合運動情

4、況分析各力的關(guān)系 生：轉(zhuǎn)彎時火車的速度方向在不斷變化，故其一定有加速度，其合外力一定不為零 師：對，轉(zhuǎn)彎時合外力不為零，即需要提供向心力，而平直路前行不需要那么火車轉(zhuǎn)彎時是如何獲得向心力的?進一步受力分析得：需增加的一個向心力(效果力)，由鐵軌外軌的輪緣和鐵軌之間互相擠壓而產(chǎn)生的彈力提供 師：提出問題：擠壓的后果會怎樣? 生：由于火車質(zhì)量、速度比較大，故所需向心力也很大這樣的話，輪緣和鐵軌之間的擠壓作用力將很大，導致的后果是鐵軌容易損壞，軌緣也容易損壞 師：(設(shè)疑引申)那么應(yīng)該如何解決這一實際問題?結(jié)合學過的知識加以討論，提出可行的解決方案，并畫出受力圖，加以定性說明 交流與討論 學生發(fā)揮自己

5、的想象能力，結(jié)合知識點設(shè)計方案結(jié)合受力圖發(fā)表自己的見解 師：剛才同學們交流和討論得非常熱烈、充分，方案設(shè)計得也很好，下面我們擇其一的示意圖來共同分析、說明 投影學生的受力圖，進行定性分析；如圖68l所示學 生 活 動 火車受的重力和支持力的合力提供向心力，對內(nèi)外軌都無擠壓，這樣就達到了保護鐵軌的目的 強調(diào)說明：向心力是水平的 師：請同學們運用剛才的分析進一步討論：實際的鐵路上為什么轉(zhuǎn)彎處的半徑和火車運行速度有條件限制? 二、拱形橋 師生互動 播放錄像，交通工具(自行車、汽車等)過拱形橋 投影問題情境：質(zhì)量為m的汽車在拱形橋上以速度t行駛，若橋面的圓弧半徑為只，試畫出受力分析圖，分析汽車通過橋的

6、最高點時對橋的壓力 師：通過分析，你可以得出什么結(jié)論? 學生在練習本上獨立畫出汽車的受力圖，推導出汽車對橋面的壓力學生代表發(fā)言 投影學生推導過程，聽取學生見解，點評、總結(jié) 生：在最高點，對汽車進行受力分析，確定向心力的來源；由牛頓第二定律列出方程求出汽車受到的支持力：由牛頓第三定律求出橋面受到的壓力FN=Gmv2/r 可見，汽車對橋的壓力FN小于汽車的重力G，并且壓力隨汽車速度的增大而減小 師：請同學們進一步考慮當汽車對橋的壓力剛好減為零時，汽車的速度有多大當汽車的速度大于這個速度時，會發(fā)生什么現(xiàn)象?生：把 FN=0代人上式可得，此時汽車的速度為，當汽車的速度大于這個速度時，就會發(fā)生汽車飛出去

7、的現(xiàn)象這種現(xiàn)象我們在電影里看到過 師：好，下面再一起共同分析汽車通過凹形橋最低點時，汽車對橋的壓力比汽車的重力大些還是小些 生：通過對汽車進行受力分析汽車通過凹形橋最低點時，汽車對橋的壓力比汽車的重力大 師：剛才同學們分析了汽車在拱形橋最高點的情形，如果汽車不在拱形橋的最高點或最低點，前面的結(jié)論還是否能用?如果不能直接運用，又如何來研究這一問題呢? 生：前面的結(jié)論能直接運用，不過此時物體的向心加速度不等于物體的實際加速度，即要用上一節(jié)研究變速圓周運動的方法來處理 師：好這說明我們很多同學分析和處理物理問題的能力有了較大的提高，希望同學們繼續(xù)努力，爭取有更大進步 點評：通過對勻速圓周運動的實例分

8、析，滲透理論聯(lián)系實際的觀點，提高學生分析和解決問題的能力課堂訓練 師：請同學們一起來看一道例題，看完題后，自己先獨立分析、處理，然后我們再一道交流、討論 例：一輛質(zhì)量m=2.0t的小轎車，駛過半徑R=90m的一段圓弧形橋面，重力加速度g=10ms2求： (1)若橋面為凹形，汽車以20ms的速度通過橋面最低點時，對橋面壓力是多大? (2)若橋面為凸形，汽車以l0ms的速度通過橋面最高點時，對橋面壓力是多大? (3)汽車以多大速度通過凸形橋面頂點時，對橋面剛好沒有壓力解：(1)汽車通過凹形橋面最低點時，在水平方向受到牽引力F和阻力f在豎直方向受到橋面向上的支持力N1和向下的重力Gmg，如圖682所

9、示圓強形軌道的圓心在汽車上方，支持力Nl與重力G=mg的合力為N1mg，這個合力就是汽車通過橋面最低點時的向心力，即F向=N1mg由向心力公式有：N1mg= mv2/R三、航天器中的失重現(xiàn)象 師：從剛才研究的一道例題可以看出，當汽車通過拱形橋凸形橋面頂點時，如果車速達到一定大小，則可使汽車對橋面的壓力為零如果我們把地球想象為特大的“拱形橋”，則情形如何呢?會不會出現(xiàn)這樣的情況；速度達到一定程度時，地面對車的支持力是零?這時駕駛員與座椅之間的壓力是多少?駕駛員軀體各部分之間的壓力是多少?他這時可能有什么感覺? 學生獨立分析以上提出的問題，并在練習本上畫出受力分析圖，嘗試解答 投影學生推導過程，引

10、導學生間交流、討論 師：剛才同學們交流、討論的問題即為課本第58頁上面的“思考與討論”，該“思考與討論”中描述的情景其實已經(jīng)實現(xiàn)，不過不是在汽車上，而是在航天飛機中 投影；假設(shè)宇宙飛船質(zhì)量為M，它在地球表面附近繞地球傲勻逮圓周運動，其軌道半徑近似等于地球半徑R，航天員質(zhì)量為m，宇宙飛船和航天員受到的地球引力近似等于他們在地面上的重力試求座艙對宇航員的支持力此時飛船的速度多大?通過求解你可以得出什么結(jié)論? 生：通過整體法對宇宙飛船受力分析，并運用牛頓第二定律可解得：宇宙飛船的速度為，再對宇航員進行分析可得此時座椅對宇航員的支持力為零即航天員處于失重狀態(tài) 教師投影部分學生的推導過程，聽取學生見解，

11、并點評、總結(jié)指出上面的分析僅僅是針對圓軌道而言的其實在任何關(guān)閉了發(fā)動機又不受阻力的飛行器中，都是一個完全失重的環(huán)境 點評：通過實例分析，讓學生了解到航天器中的失重現(xiàn)象學習知識的同時激發(fā)學習物理學的興趣 四、離心運動 師：做圓周運動的物體一旦失去向心力的作用，它會怎樣運動呢?如果物體受的合力不足以提供向心力，它會怎樣運動呢?發(fā)表你的見解并說明原因 生：我認為做圓周運動的物體一旦失去向心力的作用，它會沿切線飛出去，如體育中的“鏈球”運動，運動員手一放后，“鏈球”馬上飛了出去 生：如果物體受的合力不足以提供向心力，它會做逐漸遠離圓心的運動如：在電影中經(jīng)?？吹?，速度極快的汽車在急速轉(zhuǎn)彎時會有向外側(cè)滑寓

12、的現(xiàn)象 師：(聽取學生代表的發(fā)育，點評、總結(jié))如果向心力突然消失，物體由于慣性，會沿切線方向飛出去如果物體受的合力不足以提供向心力，物體雖不能沿切線方向飛出去但會逐漸遠離圓心這兩種運動都叫做離心運動 討論與思考 師：請同學們結(jié)合生活實際，舉出物體做離心運動的例子在這些例子中，離心運動是有益的還是有害的?你能說出這些例子中離心運動是怎樣發(fā)生的嗎? 學生認真思考并討論問題，學生代表發(fā)表見解，相互間交流、討論 教師聽取學生見解，點評、總結(jié)并投影出“洗衣機脫水時”和“高速運動的汽車轉(zhuǎn)彎時”的多媒體課件 點評：培養(yǎng)學生觀察生活的良好晶質(zhì)，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的主動求知的意識 課堂訓練 1雜技演員在

13、做水流星表演時，用繩系著裝有水的水桶，在豎直平面內(nèi)做圓周運動，若水的質(zhì)量m05 kg，繩長l=60cm，求： (1)最高點水不流出的最小速率， (2)水在最高點速率v3 ms時，水對桶底的壓力 點評c抓住臨界狀態(tài)，找出臨界條件是解決這類極值問題的關(guān)鍵 思考：若本題中將繩換成輕桿，將桶換成球，上面所求的臨界速率還適用嗎? 2如圖684所示，在水平固定的光滑平板上，有一質(zhì)量為M的質(zhì)點P，與穿過中央小孔H的輕繩一端連著平板與小孔是光滑的，用手拉著繩子下端，使質(zhì)點做半徑為d、角速度為的勻速四周運動若繩子迅速放松至某一長度而拉緊，質(zhì)點就能在以半徑為b的圓周上做勻速圓周運動求質(zhì)點由半徑a到b所需的時間及質(zhì)

14、點在半徑為b的圓周上運動的角速度3一根長l0.625 m的細繩，一端拴一質(zhì)量m=0.4 kg的小球，使其在豎直平面內(nèi)繞繩的另一端做圓周運動，求： (1)小球通過最高點時的最小速度； (2)若小球以速度v=3.0ms通過圓周最高點時，繩對小球的拉力多大?若此時繩突然斷了，小球?qū)⑷绾芜\動?小結(jié) 師：請同學們根據(jù)自己對本節(jié)內(nèi)容的理解，在筆記本上將本節(jié)課的主要內(nèi)容進行總結(jié) 學生認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己對這節(jié)課的體會寫下來 生：我認為本節(jié)課中需要我們掌握的關(guān)鍵是：一個要從力的方面認真分析，搞清誰來提供物體做圓周運動所需的向心力，能提供多大的向心力，是否可以變化，另一個方面從運動的物 理量本身去認真

15、分析，看看物體做這樣的圓周運動究竟需要多大的向心力如果供需雙方正好 相等，則物體將做穩(wěn)定的圓周運動；如果供大于需，則物體將偏離圓軌道，逐漸靠近圓心，如果 供小于需，則物體將偏離圓軌道，逐漸遠離圓心：如果外力突然變?yōu)榱?，則物體將沿切線方向做 勻速直線運動 投影部分學生的小結(jié)，所有同學比較投影出的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方 點評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結(jié)能力教師要放開讓學生自己總結(jié)所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架 課外訓練 1如圖687所示，汽車以一定的速度經(jīng)過一個圓弧形橋面的頂點時，關(guān)于汽車的受力及汽車對橋面的壓力情況，以下說法正確的是( ) A.在

16、豎直方向汽車受到三個力：重力、橋面的支持力和向心力 B.在豎直方向汽車只受兩個力：重力和橋面的支持力 C.汽車對橋面的壓力小于汽車的重力 D汽車對橋面的壓力大于汽車的重力 2一輛汽車以速度。勻逮轉(zhuǎn)彎，若車輪與地面間的最大靜摩擦力為車重的k倍，求汽車轉(zhuǎn)彎的最小半徑 3一根原長為20cm的輕質(zhì)彈簧，勁度系數(shù)k=20 Nm，一端拴著一個質(zhì)量為1 kg的小球，在光滑的水平面上繞另一端做勻速圓周運動，此時彈簧的實際長度為25 cm，如圖688所示求： (1)小球運動的線速度為多大? (2)小球運動的周期為多大?4一細繩拴一質(zhì)量m100 g的小球，在豎直平面內(nèi)傲半徑R=40 cm的圓周運動，取g10 ms

17、2，求； (1)小球恰能通過圓周最高點時的速度， (2)小球以v=30 ms的速度通過圓周最低點時，繩對小球的拉力； (3)小球v250ms的速度通過圓周最低點時，繩對小球的拉力 5質(zhì)量為m=0.02 kg的小球，與長為l0.4 m的不計質(zhì)量的細桿一端連接，以桿的另一端為軸，在豎直面內(nèi)做圓周運動，當小球運動到最高點速度分別為v1=0，v2=l ms，v32 ms，v4=4 ms時，桿分別對小球施加什么方向的力?大小如何? 6一架滑翔機以180kmh的速率，沿著半徑為1 200m的水平圓弧飛行計算機翼和水平面間夾角的正切值(取g=10ms2) 7一輛m2.0X103 kg的汽車在水平公路上行駛，經(jīng)過半徑r=50m的彎路時，如果車速v72 kmh，這輛汽車會不會發(fā)生側(cè)滑?已知輪胎與路面間的最大靜摩擦力Fmax=1.4×104 N 8如圖689所示，圓弧形拱橋AB的圓弧半徑為40 m，橋高l0m，一輛汽車通過橋中央時橋受壓力為車重的1/2，汽車的速率多大?若汽車通過橋中央時對橋恰無壓力，汽車的落地點離AB中點P多遠? 參考答案 1BC 2v2/kg 30.5 ms 314 s 4(1)2 ms (2)125 N (3)725 N 5O2N的支持力，015N的支持力